arrow О нас
«Мокрый» против «сухого» – факты о пероксидном паре. Версия для печати Отправить на e-mail
09.12.2009

Множество потенциальных потребителей пероксидного пара для высококачественной дезинфекции помещений или камер озадаченны различными маркетинговыми сообщениями, распространяемыми производителями оборудования относительно преимуществ своих систем. Особенно это касается вопроса, является ли данный процесс сухим или влажным? Это тема для постоянной полемики. Данный документ предлагает факты о физической химии пероксида водорода в простых понятиях и развеет множество мифов о применении его на практике.

Пероксид водорода – это, обычно, чистая прозрачная жидкость, при комнатной температуре со слабым запахом. Как правило, она обычно изготавливается в виде водного раствора с различным диапазоном концентраций, от 3% до 85%. Для использования в парообразной форме концентрация жидкости обычно находится в пределах 15% - 60% (по рекомендации большей части производителей оборудования), раствор 30% - 35% Н2О2 является легко доступным.

Т.к. водный раствор – это смесь двух реагентов, пероксида водорода Н2О2 и воды Н2О – (которые обладают совершенно разными свойствами, превращаясь в пар), составляющие его части обладают разными эффектами. Вы заметите, что термин пар более предпочтителен, чем газ, обычно используемый для описания газообразной фазы Н2О2. По той причине, что это не истинный газ – он не может быть бутилирован как газ. Газообразное состояние достигается испарением пероксида водорода на воздухе. Тем не менее, концентрация пероксидного пара в воздухе намного меньше концентрации пероксида водорода в жидкости, из которой он испаряется. Это можно объяснить, глядя на относительные давления пара в воде и пероксиде водорода. Давление пара в воде приблизительно в сто раз выше, чем в пероксиде водорода. Давление пара – это мера того, насколько легко жидкость испаряется, следовательно, вода будет испаряться намного быстрее, чем пероксид водорода. Если водный раствор пероксида водорода испаряется в естественных условиях, то испарится намного больше молекул воды из жидкости, нежели молекул пероксида водорода, как результат – очень низкая концентрация пероксидного пара в воздухе. Поэтому для создания пероксидного пара используются технологии принудительного или мгновенного испарения. Обычно это подразумевает испарение водного раствора на нагретой пластине в теплом воздушном потоке. Такой способ создает намного более высокую концентрацию пероксида водорода в воздухе. Это проиллюстрировано графиками.

 

 

 
 

Естественное испарение 35% раствора пероксида водорода при 25ºC, при начальной влажности 40% достигнет максимальной концентрации пероксидного пара в воздухе в 267 ppm. При использовании технологии принудительного испарения с аналогичными начальными условиями можно достичь концентрации пероксидного пара в 678 ppm.

 

 

 

Концентрация пероксидного пара при использовании технологии принудительного испарения зависит от концентрации жидкости, начальной относительной влажности и температуры. Получаемые испарения – горячие, и при охлаждении они возвращаются обратно в жидкую форму, аналогично водяному пару.

Если относительная влажность воздуха низкая, то большая часть молекул воды и пероксида водорода может быть испарена в воздушный поток до состояния его [воздуха] насыщения.

В производстве пероксида водорода концентрация испарений обычно находится в пределе 2100 ppm – 2800 ppm (эквивалент 3 – 4 мг/л), объясняется это тем, что воздушный поток очень теплый и может переносить высокие концентрации пара без достижения состояния предельного насыщения. Однако, когда пар подается в комнату или камеру, он быстро охлаждается до температуры окружающей среды. При комнатной температуре воздух может удержать намного меньше пара, так, концентрация пара в комнате или камере обычно находится в пределах 350 ppm – 700 ppm (эквивалент 0,5 - 1мг/л H2O2). Концентрация пероксидного пара в воздухе растет до тех пор, пока воздух все еще может удерживать пар, когда уже нет видимого увеличения концентрации, при условии, что температура не растет. Этот момент является точкой, в которой воздух насыщается паром – то есть достигается «точка росы». Этот процесс детально описан Маркосом (Marcos)1.

 

На практике это значит, что когда концентрация пероксидного пара перестает увеличиваться, достигнув уровня меньшего, чем выходящая из генератора, достигается «точка росы».

Интересно будет отметить, что независимо от концентрации поступающего пара, максимальная концентрация в комнате (или другом закрытом пространстве) будет константой, обусловленной температурой в комнате и относительной влажностью. Это проиллюстрировано графиком, представленным Стерисом (Steris) на Ежегодной Конференции Международного Сообщества Фармацевтической Инженерии (International Society for Pharmaceutical Engineering (ISPE) в Сан-Антонио в 2004 г. Испарение со скоростью 1 г/мин и 2,5г/мин дает одинаковую измеренную концентрацию в камере.

Если процесс испарения продолжается после того, как концентрация пероксидного пара выровнялась, избыточная перекись водорода и водяной пар осаждаются на всех поверхностях, которые холоднее, чем пар, в виде микроконденсата. Это невозможно увидеть невооруженным взглядом, но это продемонстрировано сверхвысоким коэффициентом увеличения в работе Маркоса (Marcos)1.

 

 

 

Когда влияние от изменяющихся состояний пероксидного пара в комнате или окружающем пространстве сравнивается с эффектом пероксидного пара по инактивации микроорганизмов, наблюдается интересная взаимосвязь. Степень инактивации резко возрастает, когда пар достигает состояния насыщения.

Существует отмеченное переходное состояние между относительно медленным градиентом кривой инактивации до «точки росы» и очень быстрым уровнем инактивации, достигаемым после достижения точки насыщения паром, что показано на графике.

 

   

Эффект достижения насыщения паром в некоторой степени внезапный и впечатляющий, что делает метод пероксидного пара эффективным для процесса дезинфекции. Микроконденсация означает, что намного больше молегул перекиси водорода контактирует с организмами на поверхностях, что обусловливает быструю инактивацию. Это значит, что любой испарительный процесс, который быстрее достигает «точки росы», будет быстрее убивать микроорганизмы. Это включает в себя наличие более высокой влажности и более низкой температуы поверхностей, как следствие – достижение условий насыщения происходит быстрее.                                                                                

Это было проиллюстрировано информацией, представленной Стерисом (Steris) на Конференции Международного Сообщества Фармацевтической Инженерии (International Society for Pharmaceutical Engineering (ISPE) в Сан-Антонио в 2004 г. Данные, предоставленные автором демонстрируют намного более быструю инактивацию микроорганизмов при соблюдении условий повышенной влажности и более низкой температуры.

Итак, для эффективности, процесс должен достигать состояния насыщения как можно быстрее. Почему же тогда любой производитель генераторов пероксидного пара уверяет, что СУХОЙ процесс лучше?

Это всего лишь маркетинговый ход, придуманный как попытка объяснить разницу между двумя типами возможных коммерческих генераторов – а именно одноконтурным и двухконтурным. Эти генераторы представлены на упрощенных схематических диаграммах ниже.

 

 

 

Оба типа генераторов производят пероксид водорода принудительным испарением водного раствора на горячей пластине. Далее теплый поток пара направляется в окружающее пространство или камеру по замкнутому контуру. Концентрация пара в камере возрастает, пока не будет достигнуто равновесное состояние.

При одноконтурной конфигурации генератора пар, который возвращается в генератор, проходит сквозь катализатор, на котором пероксидный пар восстанавливается до водяного пара и кислорода. Далее воздушный поток осушается и подогревается перед испарением свежего раствора перекиси. Это так называемый «сухой» процесс. Однако очевидны следующие особенности процесса:

 - Пероксид водорода постоянно потребляется в течение процесса дезинфекции.

 - Вода постоянно удаляется и, таким образом, достижение состояния насыщенности паром, необходимое для быстрой биологической инактивации, занимает больше времени.

 - Прекращение увеличения концентрации пероксидного пара в камере достигается согласно с тем, что пар в камере, в конечном счете, становится насыщенным, несмотря на то, что данный процесс называется СУХИМ. Если бы процесс был сухим, то концентрация пероксидного пара в камере должна была бы расти до такого же значения, как и на выходе из генератора (т.е. 2100 ppm - 2800 ppm).

 - Концентрация пара в камере выше, потому что начальная относительная влажность ниже, так как воздух постоянно осушается. Несмотря на более высокую концентрацию пероксидного пара, одноконтурный процесс не быстрее, потому что в этом случае доступно меньшее количество необходимой влаги, и требуется больше времени, чтобы достичь «точки росы».

Для сравнения, в двухконтурной конфигурации генератора имеются отдельные контуры для испарения и для удаления остаточного пероксидного пара на стадии завершения процесса (аэрации). В течение испарительной фазы пероксидный пар, рециркулируемый обратно в генератор, не удаляется катализатором, а просто подогревается и испаряется дополнительное количество раствора. На этапе испарения пероксидный пар не удаляется и не происходит сушка. Это так называемый «мокрый» процесс. Он характеризуется следующим:

 - Количество требуемого для биологической инактивации пероксида водорода уменьшено.

 - «Точка росы» достигается быстрее, потому что влага не удаляется

 - Концентрация пероксидного пара ниже, но скорость и уровень уничтожения выше.

 - В процессе может использоваться раствор с более низкой концентрацией, и при этом будет достигаться высокая скорость инактивации.

 - Двухконтурная конфигурация более эффективна для дезинфекции.

Детальный анализ этого процесса описан в статье Уотлинга (Watling)2

 

Совместимость материалов

Очевидно беспокойство насчет того, что насыщенный пар может привести к вопросам совместимости материалов. Однако они необоснованны. Оба типа генераторов, описанных выше, создают состояние насыщения паром, но на самом деле количество микроконденсата на поверхностях очень мало. Обычно уровень, необходимого для уничтожения микробов количества микроконденсата, составляет менее микрона в толщину – это намного меньше, чем мы можем увидеть в видимом спектре. В целом заметность видимого конденсата в течение процесса инактивации пероксидным паром – это скорее исключение. Очевидно, что явно будет виден стекающий по стенам конденсат пероксида водорода в том случае, если процесс вышел из под контроля и используется чрезмерное количество пероксида водорода. Системы, уменьшающие количество пероксида водорода, являются более выгодными.

Пероксид водорода – это сильный окислительный реагент, и в парообразной фазе необходимо помнить и использовать несколько принципов:

 - Материалы в целом должны быть химически стойкими к небольшим количествам H2O2.

 - Материалы, подверженные быстрому окислению, должны быть защищены устойчивым покрытием.

 - Необходимо избегать контакта с материалами и веществами, которые действуют как катализатор на H2O2

 - Поверхности должны образовывать паровой барьер, чтобы исключить проникновение пероксидного пара внутрь субстрата.

Если следовать этим рекомендациям, то даже такие материалы, как электрические компоненты, электронное и компьютерное оборудование, могут быть безопасно обработаны пероксидным паром.

 

Системы «Сухого Пара»

Некоторые производители парообразовательных или распылительных систем часто выдают их за генераторы пероксидного пара. Существует очень большая разница между так называемыми системами «сухого пара» и пероксидного пара. Парообразовательные системы обычно используют смесь химических дезинфектантов, которые могут содержать H2O2, надуксусную кислоту, нитрат серебра или фосфорную кислоту. Количество H2O2 в растворе обычно около 3%. Главный активный компонент, обеспечивающий биологическую инактивацию – надуксусная кислота. Это чрезвычайно агрессивный химикат, оставляющий следы уксусной кислоты на поверхностях, с которыми контактировал.

Маленькие капли производятся распылением дезинфицирующего раствора под высоким давлением через распылительное сопло. Эти капли будут испаряться в воздухе (за счет высокого отношения их площади поверхности к весу), пока не будет достигнута «точка росы». Когда воздух будет насыщен, капельки больше не смогут испаряться, поэтому действие гравитационных сил на отдельные части жидкости будет преобладать. Капли приобретут тенденцию к оседанию на горизонтальных поверхностях, делая их физически влажными. Процесс очень чувствителен к относительной влажности, наблюдавшейся на начальном этапе. Если влажность порядка 50%, капли не могут более испаряться и процесс становится неэффективным для обработки всех необходимых областей.

Парообразовательный процесс характеризуется следующим:

 - Непостоянным действием.

 - Низким распределением.

 - Повреждением чувствительных материалов.

 - Загрязнение поверхности остатками других химикатов.

 

Данные по эффективности

Существует множество данных по эффективности, которые были внимательно изучены и опубликованы, относительно широкого спектра эффектов, оказываемых на обширный ряд микроорганизмов. На самом деле, доступных данных относительно эффективности пероксидного пара намного больше, чем по любому другому дезинфицирующему химикату.

Тем не менее, существует обманчивая маркетинговая информация, касающаяся относительного эффекта пероксида водорода в жидкой и парообразной фазах. Так, внушается мысль о том, что пероксид водорода более эффективен в парообразной фазе, и предлагается следующая информация в качестве доказательства.


Исследуемый организм

Жидкость

Пар

Концентрация H2O2

370 мг/л

1 - 2 мг/л

Температура

24-25 ºC

24-25 ºC

B. stearothermophilus

1.5 мин

1-2 мин

B. subtilis

2 - 7.3

0.5 - 1

C. sporogenes

0.8

0.5 - 1

 

Эти данные призваны внушить, что значение D (время одного цикла уменьшения) для спор B. Subtilis быстрее в парообразной фазе, чем под воздействием жидкого пероксида углерода в намного более высокой концентрации. Однако эти данные не учитывают того, что жидкость, используемая для производства пара – это на самом деле 31% (по весу) раствор, имеющий концентрацию 310 мг/л, т.е. более чем в 800 раз концентрированный, чем жидкость, приведенная в качестве сравнительной по эффективности.

Как обычно в маркетинге, используется множество уловок, чтобы дискредитировать соревнование. Для всех, кто решит использовать пероксидный пар для дезинфекции комнат или камер, рекомендуется просмотреть демонстрацию процесса, представленную непосредственно пользователям системы, чтобы иметь возможность получить беспристрастный совет относительно тех заслуг и преимуществ, которые предоставляет система.

 

Список литературы:

1. Sterilization by vapour condensation. Marcos, Bardat, Schnitthaeusler and Beysans.

Pharmaceutical Technology Europe. Feb 1996 Volume 8 No. 2

2. Theoretical Analysis of the Condensation of Hydrogen Peroxide Gas and water Vapour

as Used in Surface Decontamination. Watling D, Ryle C, Parks M, Christopher M. PDA

Journal of Science and Technology .November 2002, Volume 56 No.6.

           

 

 

 

 
Последнее обновление ( 11.12.2009 )
 
< Пред.   След. >